Тиристорний електропривод технологічних установок як потужний споживач реактивної енергії

У роботі виконано порівняльну характеристику найбільш поширених систем електроприводу потужних технологічних установок вугільних шахт: синхронний двигун із високовольтним перетворювачем частоти та «класичним» керуванням збудженням ротора без напівпровідникових елементів, асинхронний двигун за системою асинхронно-тиристорного каскаду та з реостатним регулюванням у колі ротора. Вказані системи застосовуються для регулювання технологічних параметрів (тиск, продуктивність, швидкість тощо) вентиляторних та підйомних установок. Визначені статистичні показники профілів електроспоживання головних вентиляторів підтверджують доцільність застосування систем регульованого електроприводу з погляду зменшення споживання активної електроенергії. Однак водночас показано споживання значного обсягу реактивної потужності, властиве системам на базі тиристорних перетворювачів незалежно від типу двигуна (синхронний або асинхронний). Зазначені тенденції підтверджуються також фактичними кривими зміни енергетичних показників у характерних циклах роботи головного підйому шахти з електроприводом за системою асинхронного тиристорного каскаду та без неї. Фактичні профілі електроспоживання підтверджують зниження технологічної витрати електроенергії в разі застосування систем регульованого електроприводу. Однак величина такого зниження залежить від режиму роботи стаціонарної установки та наявного діапазону регулювання її технологічних параметрів: чим він ширший, тим ефективність системи вища і навпаки. Для підвищення енергоефективності споживана системою реактивна електроенергія (враховуючи її значний обсяг) має бути скомпенсована за допомогою відповідних фільтрокомпенсувальних пристроїв, величина генерованої реактивної потужності яких регулюється в масштабі реального часу. Фільтрувальний компонент таких систем покращить проблеми з якістю електроенергії, які також мають місце в разі застосування потужних напівпровідникових перетворювачів.

This paper presents a comparative characterization of the most common electric drive systems for powerful technological plants on coal mines: a synchronous motor with a high-voltage frequency converter and “classical” rotor excitation control without semiconductor elements, an induction motor based on an asynchronous-thyristor cascade system and with rheostat control in the rotor circuit. These systems are used to regulate the technological parameters (capacity, pressure, speed, etc.) of ventilation and hoisting units. The determined statistical indicators of the power consumption profiles of the main ventilators confirm the feasibility of using regulated electric drive systems in terms of reducing the active electricity consumption. However, at the same time, the consumption of a significant amount of reactive power is shown, which is inherent in systems based on thyristor converters, regardless of the type of motor (synchronous or asynchronous). These trends are also confirmed by the actual curves of changes in energy indicators for the typical operation cycles of the main mine hoisting plant with an electric drive using an asynchronous-thyristor cascade system and without it. The actual power consumption profiles confirm the reduction of technological electricity consumption when using regulated electric drive systems. However, the magnitude of such a reduction depends on the operating mode of the stationary plant and the available range of adjustment of its technological parameters: the wider it is, the higher the system efficiency and vice versa. To improve energy efficiency, the reactive electricity consumed by the system (given its significant volume) must be compensated by appropriate filter compensating devices, the value of which is regulated in real time. The filtering component of such systems will improve the power quality problems that also occur when using powerful semiconductor converters.